白點叉鼻魨等常見物種也可能在生態系統中具有非常重要的作用。 圖片來源：Jeff Rotman/Getty
Emmett Duffy是一名海洋生物學家，此刻他正身處巴拿馬沿岸水域5米深處，他的目光被一大隻黃白色刺魨吸引。要不是躲在巨大的樹枝狀鹿角珊瑚下，移動緩慢的刺魨本來應該是捕食者的首要目標。
這個場景讓Duffy突然靈光一閃，他曾經去過加勒比地區，那裡的珊瑚更豐富也更多樣，但個頭比較小，生活在那裡的魚兒個頭也小。而在博卡斯德爾拓群島這裡，他看到各種大型魚類在鹿角珊瑚裡穿行。「這些大魚大量繁盛的原因，正是它們有地方可以躲藏。」Duffy說道。
與刺魨的巧遇喚起了Duffy腦海中一個存在已久的想法：生態系統的健康程度可能不僅取決於物種的數量，還取決於物種特徵的多樣性。這一概念又稱為功能特徵多樣性，雖然Duffy已經在其位於史密森學會德實驗室中對此研究多年，但多停留在學術和抽象層面。
目前，這一概念在生態學家中日益流行。這裡，生物多樣性不必局限於生態系統物種的數量，而物種的不同特徵和功能對於維持生態系統健康和恢復力同樣重要。
這種觀念轉變可能對生態學有很大影響。它可能也是了解和預測動植物如何應對氣候變化所必須的。功能多樣性也開始影響生態學家對生態保護的認識，一些政府甚至開始將此納入管理政策。例如，貝里斯多年前就開始保護鸚嘴魚免於過度捕撈，不僅是因為它們的數量在減少，還因為這種魚對生態系統的重要功能：它們可以清理珊瑚上的藻類，並對暗礁的生存至關重要。
阿根廷國家科學與技術研究理事會（CONICET）生態學家Sandra Díaz表示，「只關注物種數量並不能讓我們全面了解真實世界如何運作。」
然而，「特徵」的定義卻依然有所爭議，而且，在缺乏特徵和生物多樣性數據的情況下，這一方法所指示的任何方法都不太明智。「我很興奮，但也有擔憂，面對數據限制，我們應當十分謹慎。」美國耶魯大學生態學家Walter Jetz說。
質量對決
幾十年來，生物多樣性的研究基本是數字遊戲：一般認為生態系統中物種數量越多，其穩定性和恢復力也越高。由於生態系統結構和物種功能信息的缺乏和測量分析技術的限制，該理論確實言之有理。
而如今技術的迅速發展正在改變這一情況，也推動了新的生態系統研究方式的出現。明尼蘇達大學生態學家David Tilman追蹤了20世紀80年代的大乾旱期間明尼蘇達州的物種多樣性，並在1994年發表了裡程碑式的研究論文。他指出，物種豐富的地區比物種少的地區對乾旱的承受能力更高，支持生物多樣性與穩定性之間的關係。但這種關係並不是線性的，只需要少部分抗旱的植物就可以大幅增加抗旱能力。
3年後，Tilman及其同事又研究發現，物種的一些關鍵特徵比數量對生態系統整體健康的影響程度更大。
同時哥倫比亞大學地球研究中心主任Shahid Naeem也在尋求除了物種數量外，研究生態系統功能的其他方法。他將注意力集中於食物網不同等級的物種多樣性。Naeem表示，只看物種數量就相當於列出車的各個部件，卻不指出其功能，這無法幫助發現何時會出現問題。
在90年代中期，功能多樣性研究開始確立。植物和森林研究也發生了變化，後來這些方法被廣泛了應用到了對鳥類、海洋生物和土壤的研究上。科羅拉多州立大學土壤生態學家Diana Wall和同事從事功能特徵和多樣性的研究多年，部分原因是土壤微生物的活性通常比這些物種本身更容易測量。「新知識讓我們更深入理解物種和功能。」她說。
確定優先次序
功能性特徵讓保護生物學家感到興奮，因為它可以影響保護什麼。研究人員和環境學家常常關注物種豐富的地區，例如亞馬遜雨林和澳大利亞大堡礁。但澳大利亞塔斯馬尼亞大學生態學家Rick Stuart-Smith建議重構生物多樣性熱點的定義。
整合功能性形態可以提高對未研究地區的關注。對於Rick Stuart-Smith來說，找到合格的地方太容易了，所急需的是深入研究。但他認為，功能性特徵研究最終應延伸到保護策略和保護區域的確定。
而且，看待生物多樣性的新方式也可以揭示出新的薄弱點。法國蒙彼利埃大學海洋生物學家David Mouillot指出，由於人們認為某個特徵的功能可以由很多物種提供，因此物種豐富的地區可能看起來面對特徵喪失更加穩定。但實際上一些功能可能只由一個物種或少數物種提供，Mouillot和同事正在努力尋找這些稀缺的功能。
生態系統如此複雜，一旦某些物種、功能或系統進程缺失，就無法挽回。史丹福大學生態學家Greg Asner說：「沒有任何技術能幫我們向自然和進化那樣憑空製造出森林。」
然而，一些專家反對在擁有更完整數據前，就根據功能性特徵做決策。Jetz表示，「一旦你的數據中缺乏某個物種，可能就會缺失僅由這一物種提供的關鍵功能。」他還警告數據可能存在偏差，例如研究者所選的取樣地點可能影響資料庫。因此，打造更完整和複雜的全球性資料庫是科學家努力的方向。
令人興奮的是，近年來相關工作已經取得了一定成績。德國馬普學會地球生物化學研究所的國際植物學家網絡TRY，從2007年開始就持續建立公開的物種特徵和功能資料庫，現在已經包含了10萬多條植物物種記錄。
類似的還有Mouillot的ReeFish資料庫（提供所有熱帶巖礁魚類特徵和地理信息）和Stuart-Smith與海洋生態學家Graham Edgar 開始於2007年的Reef Life Survey（包含所有洋盆的5000多個物種的特徵信息）。
同時Duffy正在牽頭開展史密森尼的全球海洋觀測項目。他提到，這是在全球層面繪製海洋生態系統的生物多樣性和功能相關性最重要的機會。
探討特徵
實際上，種間關係又打開了另一個討論。一些研究人員用種間關係解釋刺魨隱藏在珊瑚中——他們並不認為這是一種特徵。然而Duffy指出，特徵可以影響物種間的相互作用，可以說正是珊瑚的結構和大小這些特徵讓魚類能夠興盛。
而是否能夠將特徵對生態系統的重要性進行排序，這又是另一個爭議。一些研究者試圖確認最有價值的特徵，而另一些人則採取更加綜合的方式，例如Mouillot說，「我們不認為有哪幾個特徵是最重要的而另一些則無足輕重。」
對於關注功能多樣性的人而言，距離找到真正綜合的生物多樣性觀點——生態學家和保護學家的終極目標——可能只有一步之遙。為了嘗試了解和減輕生物多樣性喪失的影響，還有一些關於生態系統中物種進化歷史的研究正在開展。一些人將這種「系統發生多樣性」作為功能和物種多樣性的另一種補充。
而且，研究人員還在試圖填補其他空缺。例如，一個德國研究組正在研究土地利用增加如何影響功能多樣性。而與微觀和單獨個體的研究相比，科學家也需要對空間數據的作用和景觀尺度的相互作用開展更多研究。
但迄今為止，研究人員將功能性特徵納入對生態系統的理解，使之複雜性加重。雖然數據可能是不完善的，但這些研究吸引了更多人的注意。「如果失去了一兩個物種，很難解釋意味著什麼。但一種功能的喪失可能對生態系統造成顯著影響，這就容易理解得多了。這樣更多人就能夠參與進來。」Jetz說。（張章編譯）
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